Anisotropic cellulose nanofibril aerogels fabricated by directional stabilization and ambient drying for efficient solar evaporation

材料科学 气凝胶 纳米纤维素 化学工程 纤维素 蒸发 多孔性 聚合 各向异性 整体 复合材料 纳米技术 光学 聚合物 化学 有机化学 工程类 物理 催化作用 热力学
作者
Junying Li,Sheng Chen,Xue-Qian Li,Jian‐Kang Zhang,Haq Nawaz,Yanglei Xu,Fangong Kong,Feng Xu
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:453: 139844-139844 被引量:88
标识
DOI:10.1016/j.cej.2022.139844
摘要

Anisotropic aerogels, mimicking natural porous materials such as wood and bone, always exhibit distinctive properties due to their aligned channels, which, however, generally require complicated ice templating configuration and costly freeze-drying. In this work, we develop a novel, facile, low-cost, and scalable method combining directional stabilization and ambient drying to prepare anisotropic aerogels. The frozen aqueous TEMPO-oxidized cellulose nanofibrils (TOCNFs) monolith embedded in a mold is directly immersed in ethanol/Fe3+ bath. The ice crystals directionally dissolve in ethanol, and simultaneously the TOCNFs are directionally stabilized due to the electrostatic complexation between their carboxyl groups and Fe3+ ions. The obtained anisotropic nanocellulose aerogel (NCA) after ambient drying exhibits an ordered porous structure, which is tunable by adjusting the contents of carboxyl groups on TOCNFs. The NCAs reveal distinct anisotropy, excellent mechanical compressibility in the radial direction, and high water-stability. To demonstrate their promising potentials for application in various advanced fields such as solar steam generation, the NCA is coated with polypyrrole (PPy) by in-situ polymerization to achieve excellent photothermal property but well maintain the original aligned channels of NCA, which endow the NCA@PPy with an efficient solar evaporation performance.
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